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基于单片机的闭环控制系统的设计解决方案

作者:admin    来源:未知    发布时间:2020-02-08 06:05    浏览量:

  本文将疾捷回想高效的基于单片机的闭环担任体系的少少合节恳求。提升结果的常用本领将行使少少例子分析MCUs。一朝您剖析了少少提升结果的常用本领,您就能够更好地寻找告竣最佳封闭下一个担任轮回打算的告竣。

  担任环是担任动态体系的合节元素。一个动态体系能够是任何机器或电气体系之间的合连(平时修模为输入和输出之间的线性合连)。输出平时必要以云云的形式担任,以仍旧正在期待的操作“频带”内。比如,汽车的自愿巡航担任便是云云一个别系,正在这个别系中,汽车的速率设定正在一个期待的水准上,尽管汽车曰镪山坡,担任器也能仍旧车速稳固。担任速率的算法行使一个担任环,它操纵一个输入(油门上的压力),丈量结果(速率)并凭据必要调动输入以仍旧速率抵达所需的水准。一个简便的单输入单输出担任体系的框图,带有担任回途,如图1所示。

  正在上面的方框图中,对动态体系的输入发作一个输出。输出由反应传感器丈量,并将丈量的输出与参考(期待)输入举办对比。要是存正在区别,体系担任器会行使所发作的舛误来批改体系输入,使体系输出更亲切参考输入。体系担任器必要足够智能,以避免因为不无误统造的担任体系惹起的振荡和其他题目。假设动态体系是线性的(输出与输入成比例)并不像你思的那样有控造,由于很多机器和电气体系是以线性形式运转的,或者很容易“偏置”,正在更杂乱的通报函数的线性区域内事业。

  这是很容易看到为什么MCU告竣担任体系的主力。与认识、才能估计打算、担任百般输入和输出,都正在特别高的功能水准(格表是正在高利率就像汽车机器体系)是一个天然的担任单位MCU。除了CPU的才能,正在单片机的智能表设有很多让你闭环担任简便有用。

  担任回途平时正在动态体系的每次调动之间有准时合连。这个“轮回时分”决议了调动的速率。要是轮回时分过长与体系动力学(受控体系的时变特征)干系,那么很难不成以有用地担任体系输出。振荡和失控的舛误解累积,使体系处于衰落的危机中,也许是一个特别戏剧性的本质。通常来说,MCU能够更疾地封闭轮回(照料输出传感器,确定任何参考舛误,并调动体系输入),更好。

  有用的准时和计数所以合节功用所必要的最佳封闭担任回途和MCU的先辈表设能够告竣担任回途的最佳机遇。比如,lg360f64g-e-csp81单片机准时/计数器边际有效担任回途告竣的几个特质。除了闭环担任器的主回途准时器表,还必要准时和计数功用。让咱们更仔细的EFM32LG计数器/准时器表设的框图(图2)看,看它何如能帮帮担任回途体系如图1所示的实行等常用功用。

  的准时器/计数器,一个有效的功用是从表部原因,通过左边的图的timn_ccn引脚数转换的才能。当旁观基于动态体系的丈量输出时发作转换的传感器时,这些输入是有帮帮的。比如,基于职位丈量的回旋丈量一再正在每次回旋时发作转换。还细心到正在图的上中央有一个正交解码器块,能够用于好像的丈量。记实的数目的计数,当抵达存储TImern_top终端值可用于触发停滞,当即步履或可存储供此后照料。

  准时器/计数器的输出,图中右侧TImn_ccn引脚,能够行使脉冲宽度调造(PWM)担任动态体系输入常用计划。正在这些体系中,信号举止的时分与担任所需的电压或电流电平相合。对信号周期、信号高时分和边沿转换点的无误担任都是合节的,而且能够有用地担任正在准时器/计数器的PWM特征中。有三个孑立的PWM输出也便于平凡电机担任操纵,此中三个孑立的绕组用于厘革与回旋电机干系的磁场。

  告竣疾捷而有用的环途反应时分平时必要行使智能表设来从大功率CPU和标准内存块中卸载照料。要是表围摆设能够独立于CPU操作,这就承诺CPU推行其他更杂乱的照料职分,乃至能够正在低功耗形态劣等待,直到必要举办照料。少少先辈的MCU拥有出格的表围担任体系,能够用来结合表围摆设一块从CPU没有干扰的必要设备自帮操作。比如,瑞萨MCU的单片机r5f52108cdfm,rx210集团的一员,有一个变乱链接担任器(ELC)结合和担任表设输出为自帮操作的表设输入。正在ELC的框图如图3所示。

  图左边的内部表围总线用于结合表围摆设,如图右侧所示。一齐表设,囊括DMA担任器、数据传输担任器(DTC)和停滞担任器(ICU)都能够与专用控件结合,自帮地基于停滞、计时器对比结果或PIN转换激活表设。多达59品种型的变乱信号能够结合到表围摆设以启动转换、启动计时器,并动手DMA或DTC传输或任何其他所需的表围摆设。当已树立为触发器的变乱爆发时,将启动所选模块的操作集。

  能够启动多个操作的链,以便正在没有CPU干扰的环境下实行杂乱的操作。比如,计时器能够启动存储正在内存中的模数转换和转换值。计数器能够跟踪转换的数目,而且正在计数解说能够照料完好数据集时CPU能够被停滞。正在CPU照料流程中,时钟振荡器能够自愿切换到更疾的形式。采用ELC阐扬到了极致,许多的传感功用中常见的担任回途的恳求能够特别连忙和有用地使它容易告竣疾捷轮回次数的同时仍旧功率最幼。

  正如咱们所看到的,行使智能和自帮计数器/准时器和表围摆设能够改观环途时分和下降功耗——这是担任体系打算中的两个主要方面。平时,每一个要紧担任体系块都必要估计打算来照料正在检测、对比、担任和操作被担任体系时所需的数据。原形上,跟着担任体系的结果、精度和长的行使寿命,估计打算需求快速弥补,已成为主要的体系需求。告竣担任回途的高级算法现正在行使比例积分微分算法,浮点运算平时必要提升精度。要是硬件中不赞成高级估计打算,则正在所需频率下担任环途闭合变得特别贫窭。

  MCU厂商剖析先辈的加工才能的必要,囊括数值照料才能,尽管正在低端MCU能够加疾杂乱的闭环担任打算所需的估计打算。高端机平时囊括专用硬件加快浮点估计打算最无误的担任操纵的恳求。飞思卡尔KineTIs K60单片机mk61fn1m0vmd15 mk61fn1m0vm类行使32位ARMCortex-M照料器与DSP指令和单精度浮点运算单位的速率为最杂乱的担任算法,必要先辈的估计打算。DSP指令囊括扩展单周期多累积(MAC)指令,用于高精度信号的疾捷照料,以及单指令大都据(SIMD)指令,以便更疾地照料低区别率信号。硬件瓜分块只运转2到12个周期,加疾了平凡的缩放操作。

  为了取得更高的功能,能够行使双核CPU,以便并行照料职分。比如,一个德克萨斯笑器协奏曲的单片机,如f28m35h52,兼具ARM Cortex-M3 32位CPU和德克萨斯文书中的32位CPU浮点才能TMS320C28X照料器。下面的图4显示了这种双核MCU的框图。

  基于ARM的MCU,正在图的上部,可用于统造表围摆设,而协奏曲CPU可用于照料数据和统造受担任的体系。请细心,北京赛车pk10历史记录PWM准时器与协奏曲子体系周密相连,所以很容易发作由担任体系输入所需的杂乱波形。当操纵标准有容易分辨的算法时,双核CPU之间的这品种型化是很主要的。要是你必要更多的照料才能为一个简单的算法或必要双CPU步骤一律的高牢靠性,平均的双CPU,拥有好像的照料子体系,如德克萨斯仪器cortex-r4鼎力神RM4 ARM MCU可以是更好的遴选。高牢靠性操纵的闭环担任体系能够行使异构双CPU告竣的内置冗余来提升结果和牢固性。

  正在基于MCU的打算中,有用地封闭担任回途不必充满实验和舛误的本事来寻找最佳告竣。更体系的本事,采用摩登先辈的功用无误,MCU能够帮帮你创修更高效,更疾,更低的功耗,更有用的担任体系处置计划。

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